CN113161487A - 一种易于放大的钙钛矿表面钝化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，包括以下步骤：S1：取第一基底玻璃，并在第一基底玻璃上依次制备第一电极、电子传输层和钙钛矿层；S2：取第二基底玻璃，在所述第二基底玻璃上依次制备第二电极及空穴传输层，随后在空穴传输层上制备钝化层；S3：用热压法将步骤S1和S2中制备的半成品钙钛矿器件通过高温压制在一起，且钙钛矿层和钝化层相互贴合，形成最终完整的钙钛矿器件，本工艺能够将小器件使用到的钙钛矿表面钝化工艺成功放大到大组件的制备中，减少钝化层的溶液对钙钛矿的破坏，提高器件效率及稳定性；并且使钝化工艺中采用的溶剂不受太多限制，拓展了其选择范围。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及易于放大的钙钛矿表面钝化工艺。
背景技术
近些年来，随着研究的不断深入，钙钛矿电池取得突飞猛进的发展，效率由最初的3.8％增长到25％以上，被誉为“光伏领域的新希望”。
常见钙钛矿电池结构分为介观结构、介观超结构、平面n-i-p型及平面p-i-n 型结构。为了提高钙钛矿器件效率，常用钙钛矿掺杂或者界面钝化工艺，其中钙钛矿的掺杂易于工业放大，但钙钛矿表面钝化工艺却不易，因为钙钛矿表面钝化常用的工艺是溶液旋涂法，将钝化材料溶解于异丙醇、乙醇、乙酸乙酯等溶剂中，再将该溶液旋涂在钙钛矿表面，实现钝化效果，具体步骤见图4。该方法主要用于小器件制备，如果用于工业放大，一般用涂布或者刮涂法，但与小器件旋涂不同的是，旋涂时溶液中的溶剂可以很快挥发掉，不会破坏钙钛矿，而涂布或者刮涂时溶液在钙钛矿表面停留时间较长，很多使用的溶剂会破坏钙钛矿从而导致器件效率降低，达不到钝化提高器件效率的效果，或者只能采用氯苯这类对钙钛矿破坏作用较小的溶剂，另外还要考虑到钝化材料的溶解性问题，就使得钝化工艺在溶剂选择方面很受限制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，包括以下步骤：
S1：取第一基底玻璃，并在第一基底玻璃上依次制备第一电极、电子传输层和钙钛矿层；
S2：取第二基底玻璃，在所述第二基底玻璃上依次制备第二电极及空穴传输层，随后在空穴传输层上制备钝化层；
S3：用热压法将步骤S1和S2中制备的半成品钙钛矿器件通过高温压制在一起，且钙钛矿层和钝化层相互贴合，形成最终完整的钙钛矿器件。
优选的，所述第一电极和第二电极通过真空蒸镀或真空溅射的方法制备。
优选的所述基体使用物理气相沉积法、蒸镀或溅射方法制备。
优选的所述电子传输层依次设置的TiO2和SnO2，所述TiO2厚度约为 10～50nm；所述SnO2厚度约为40～80nm，并利用旋涂、喷涂或刮涂等方法中的任意一种进行制备。
优选的所述钝化层使用涂布、刮涂或者喷涂法在所述空穴传输层上面制备钝化层。
优选的所述钝化层选用路易斯酸碱配位材料溶解在异丙醇、乙醇、乙酸乙酯等溶剂中，浓度为0.1-2mg/ml。
优选的所述路易斯酸碱配位材料为吡啶或噻吩。
优选的S3中的压合温度100℃-200℃，压力为0.1Mpa-10Mpa。
优选的所述钙钛矿器件可以为正向结构器件或者反置结构器件，结构为：导电基底、缓冲层、钙钛矿层、钝化层、缓冲层、电极和玻璃基底。
本发明提出的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺有以下有益效果：本工艺能够将小器件使用到的钙钛矿表面钝化工艺成功放大到大组件的制备中，减少钝化层的溶液对钙钛矿的破坏，提高器件效率及稳定性；并且使钝化工艺中采用的溶剂不受太多限制，拓展了其选择范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的步骤1的示意图；
图2为本发明的步骤2的示意图；
图3为本发明的步骤3的示意图；
图4为现有技术的工艺方法；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提出了一种易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，包括以下步骤：
S1：取第一基底玻璃，并在第一基底玻璃上依次制备第一电极、电子传输层和钙钛矿层；具体的说，去基底玻璃，基底玻璃选用FTO导电玻璃，在乙醇或者去离子水中通过超声波清洗机清洗，随后通过真空溅射机载第一基底玻璃上溅射 Ag、Al或Au中的任意一种，在通过旋涂、喷涂或刮涂等方法中的任意一种方式，在电极上部制备电子传输层，并通过喷涂或者刮涂的方式在表面制备电子传输层，具体的电子传输层为依次设置的TiO2和SnO2，所述TiO2厚度约为10～50nm；所述SnO2厚度约为40～80nm，并利用旋涂、喷涂或刮涂等方法中的任意一种进行制备。的制备方法详见专利号为：201711136970.4的发明公开的喷涂液、钙钛矿层及其制备方法、钙钛矿电池，是由申请人在先已公开的技术，本申请不再复述。
S2：取第二基底玻璃，同样的，将第二基底玻璃在超声波设备中经过超声波清洗后，并在所述第二基底玻璃上依次制备第二电极及空穴传输层，随后在空穴传输层上制备钝化层；空穴传输层的具体方法为202010991860.1公开的技术方法，其具体步骤本申请不再复述，随后再空穴传输层上通过涂覆的方式涂覆钝化层，具体的说：钝化层选用路易斯酸碱配位材料溶解在异丙醇或乙醇或乙酸乙酯等溶剂中，优选的所述路易斯酸碱配位材料为吡啶或噻吩，进而降低薄膜的缺陷态密度，促进载流子的提取和运输，抑制由缺陷诱导的非辐射复合，实现更加高效的钙钛矿太阳能电池，浓度为0.1-2mg/ml，通过涂布的方式，将钝化溶液涂覆于空穴传输层上，并通过吹热风干燥形成钝化层，空穴传输层相对于钙钛矿层不易被钝化溶液破坏，制备钝化层中使用到的大部分溶剂不会对其产生破坏作用。
S3：用热压法将步骤S1和S2中制备的半成品钙钛矿器件通过高温压制在一起，且钙钛矿层和钝化层相互贴合，形成最终完整的钙钛矿器件。当两组组件均设置完毕后，通过热压机，将上述两组组件的钙钛矿层和钝化层通过热压机热压成型，热压的温度控制在100℃-200℃，压力为0.1Mpa-10Mpa，高温和高压使得钙钛矿层和钝化层复合在一起，通过上述方式钙钛矿层不会受到钝化溶液的影响。
另外，要说明的是，所述钙钛矿器件可以为正向结构器件或者反置结构器件，结构为：玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、钝化层、空穴传输层、电极和玻璃基底，最终产品形成在两组玻璃基底内，并且通过该种方法，钝化液不与钙钛矿层接触，不会破坏钙钛矿层，在制备大型组件时，不会影响整个组件的性能，此外，钝化液的选择性增加。玻璃基底为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、FTO导电塑料、ITO导电塑料中的一种，其中FTO厚度约为500nm，ITO厚度约为300-400nm；三段式电子传输层依次为TiO2厚度约为10～50nm；SnO2厚度约为40～80nm；钙钛矿MAPbI3(MA的结构式为CH3NH3 +)，厚度为300～1000nm；空穴传输层为 Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)、 PEDOT:PSS、P3HT、PTAA或PCDTBT中的任意一种，厚度为300-600nm；电极为Ag、 Al、Au或TCO中的任意一种，厚度约为100～300nm。
对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取第一基底玻璃，并在第一基底玻璃上依次制备第一电极、电子传输层和钙钛矿层；
S2：取第二基底玻璃，在所述第二基底玻璃上依次制备第二电极及空穴传输层，随后在空穴传输层上制备钝化层；
S3：用热压法将步骤S1和S2中制备的半成品钙钛矿器件通过高温压制在一起，且钙钛矿层和钝化层相互贴合，形成最终完整的钙钛矿器件。
2.根据权利要求1所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，所述第一电极和第二电极通过真空蒸镀或真空溅射的方法制备。
3.根据权利要求1所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，所述基体使用物理气相沉积法、蒸镀或溅射方法制备。
4.根据权利要求1所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，所述电子传输层依次设置的TiO2和SnO2，所述TiO2厚度约为10～50nm；所述SnO2厚度约为40～80nm，并利用旋涂、喷涂或刮涂等方法中的任意一种进行制备。
5.根据权利要求1所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，所述钝化层使用涂布、刮涂或者喷涂法在所述空穴传输层上面制备钝化层。
6.根据权利要求1或5所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，所述钝化层选用路易斯酸碱配位材料溶解在异丙醇、乙醇、乙酸乙酯等溶剂中，浓度为0.1-2mg/ml。
7.根据权利要求6所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，所述路易斯酸碱配位材料为吡啶或噻吩。
8.根据权利要求1所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，S3中的压合温度100℃-200℃，压力为0.1Mpa-10Mpa。
9.根据权利要求1所述的易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，其特征在于，所述钙钛矿器件可以为正向结构器件或者反置结构器件，结构为：导电基底、缓冲层、钙钛矿层、钝化层、缓冲层、电极和玻璃基底。
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